Dit is een uitgebreide uitwerking van de genoemde examensom, voorzien van achtergrondinformatie en een stukje verdieping in de stof. Ben je alleen geïnteresseerd in de antwoorden klik dan hier voor de basisuitwerking. Je kunt ook links in de kantlijn op de juiste opgave klikken.
Waarom deze examenbijlessen?
Voor deze bijles is een examensom als uitgangspunt gekozen. Wanneer je wilt nagaan of je een bepaald onderwerp goed begrepen hebt, kun je oefenen met het maken van zo'n examenvraagstuk. Je kunt naar aanleiding van zo'n vraagstuk weer nieuwe vragen oproepen. In deze bijles proberen we aanvullende uitleg te geven bij een examenvraagstuk. Het niveau van het vraagstuk is dat wat je nodig hebt om je examen te kunnen maken. Extra achtergrondinformatie, een stukje extra uitleg aan de hand van een animatie, een vraagstuk ook eens op een andere manier uitgelegd: je vindt het hier allemaal.
Opgave
Liesbeth heeft een lamp aangeschaft van het type dat in figuur 1 is afgebeeld.
De lamp is uitgerust met een lichtsensor en een bewegingssensor die zijn opgenomen in een automatische schakeling.
De schakeling zorgt ervoor dat de lamp automatisch aangaat als het (bijna) donker is en er tevens beweging wordt gedetecteerd. Figuur 2 geeft een deel van deze schakeling weer.
De lichtsensor geeft een spanning af die toeneemt als er meer licht op de sensor valt. De bewegingssensor geeft een hoog signaal als hij beweging waarneemt en een laag signaal als er geen beweging is.
Als de uitgang van de geheugencel hoog is, brandt de lamp.
a) Maak de schakeling compleet. Je hoeft nog niets op de reset van de geheugencel aan te sluiten.
Wanneer er geen beweging meer wordt gedetecteerd, moet de lamp na een bepaalde tijd automatisch uitgaan. Hiervoor wordt de schakeling buiten de grijze rechthoek uitgebreid met een teller en een pulsgenerator. Zie figuur 3.
De schakeling moet aan de volgende eisen voldoen:
- De lamp moet automatisch aangaan als het (bijna) donker is en er tevens beweging wordt gedetecteerd. Daarvoor zorgt het bovenste deel van de schakeling. (Voor het vervolg van deze vraag is het niet van belang of je in de grijze rechthoek de juiste verwerkers hebt aangebracht.)
- Wanneer de lamp aangaat, moet de teller gaan tellen.
- Als de lamp echter brandt terwijl er nog (of weer) beweging wordt gedetecteerd, wordt de teller op nul gehouden (of gezet).
- Wanneer uitgang 32 hoog wordt, stopt de teller en moet de lamp uitgaan.
b) Maak de schakeling op de uitwerkbijlage compleet zodat aan de nieuwe eisen wordt voldaan.
Op de onderkant van de lamp zitten twee knopjes die naar links of naar rechts gedraaid kunnen worden. Zie figuur 4.
Met het linkerknopje kan de frequentie van de pulsgenerator worden ingesteld. Hierdoor verandert de tijd (TIME) dat de lamp blijft branden.
Liesbeth draait dat knopje rechtsom (met de wijzers van de klok mee).
c) Leg uit of de frequentie van de pulsgenerator nu kleiner of groter is dan ervoor.
Met het rechterknopje kan de referentiespanning van de comparator worden ingesteld.
Liesbeth vindt dat de lamp pas aangaat wanneer het al erg donker is.
Ze draait het rechterknopje zo dat de lamp aangaat wanneer het nog minder donker is.
d) Leg uit of de referentiespanning nu kleiner of groter is dan ervoor.
Algemene achtergrondinformatie
Er is een inleidende bijles over het gebruik van het systeembord beschikbaar op natuurkunde.nl. Zie hiervoor deze inleidende bijles. Er zijn nog twee vervolglessen na deze inleiding.
Aanwijzingen
Open de aanwijzing bij de vraag van jouw keuze.
Aanwijzing bij vraag (a)
De lamp moet gaan branden als het donker wordt, dat betekent dat een laag signaal van de lichtsensor de geheugencel moet activeren. Na de comparator is dus een invertor nodig. Daarnaast moet de lamp gaan branden als er beweging is, dus als de bewegingssensor een hoog signaal geeft. Vandaar dat er nog een EN-poort in de schakeling moet worden opgenomen. Zie de uitwerking onderaan deze bladzijde voor het volledige antwoord.
Op het oefenbord uit de bijles systeembord (zie opmerking hierover bij 'Algemene achtergrondinformatie') kun je de tussenstappen prima uitproberen, bijvoorbeeld de twee sensoren, zie de figuur hieronder. Om de geheugencel weer te resetten is het wel verstandig een drukschakelaar met de reset-knop te verbinden, anders is de beginsituatie niet meer terug te halen. En de complete schakeling kun je controleren door de lichtsensor en de bewegingssensor (beide als variabele spanning) hoog en laag te maken, zie de figuur rechts.
De twee sensoren
Complete schakeling
Aanwijzing bij vraag (b)
Loop de 4 punten na:
- De eerste voorwaarde is voor deze vraag niet meer belangrijk.
- Als de lamp aan gaat start de teller, de LED moet verbonden worden met de telleringang aan/uit.
- De bewegingssensor hoog moet de teller resetten omdat vanaf dat moment er opnieuw geteld moet worden.
- Tellerstand 32 moet de lamp uitzetten, dus de geheugencel resetten, automatisch stopt de teller ook.
De complete schakeling op sysbord (het simulatieprogramma dat via de bijles systeembord verkrijgbaar is) ziet er dan uit zoals hieronder weergegeven. De bovenste figuur als er beweging is, de LED aan en de teller blijft op 0. In de figuur daaronder de schakeling na 8 s geen beweging (de teller op het simulatiesystembord gaat niet tot 32) .
Het systeembord als er beweging is
Het systeembord als er geen beweging is
Aanwijzing bij vraag (c)
Als Liesbeth de knop rechtsom draait, wordt de tijd dat de lamp brandt groter. Omdat er evenveel pulsen worden geteld, moet dan de duur van één periode van de pulsgenerator groter zijn dan ervoor. Wat betekent dit voor de frequentie waarmee de pulsen gegeven moeten worden?.
Aanwijzing bij vraag (d)
Bij minder donker hoort een hogere sensorspanning. De referentiespanning is dus groter dan ervoor.
Een gebouwde nachtlamp
Uitwerkingen
Open de uitwerking bij de vraag van jouw keuze.
Uitwerking vraag (a)
- Om de lamp aan te krijgen, moet de lichtsensor een laag signaal geven en de bewegingssensor moet tegelijkertijd een hoog signaal geven.
- Hiervoor moet een invertor na de comperator komen en een &-poort voor de geheugencel:
Uitwerking vraag (b)
- De bewegingssensor moet de teller resetten.
- Op 32 moet de lamp uitgaan (en uitblijven).
- Als de lamp uit gaat, moet de teller uit gaan.
- Samen geeft dit:
Uitwerking vraag (c)
- De tijd moet langer worden.
- Hiervoor moet de frequentie lager worden, zodat het langer wordt om de 32 te bereiken.
Uitwerking vraag (d)
- De lamp moet al bij een hogere lichtintensiteit uitgaan.
- Om het schakelpunt bij een hogere lichtintensiteit te brengen, moet de referentiespanning dus op een hogere waarde worden ingesteld.
